logo
Измерительные системы и датчики / Курс лекциий ИСУД - часть 3

Системы для раздельного измерения взаимосвязанных величин с выделением нужного компонента

Если исследуемое явление или объект характеризуется множе­ством величин = {[x1], [x2], ..., [хn]} и они независимы друг от друга (на это указывает заключение каждой величины в квадрат­ные скобки), то можно при наличии селективных датчиков произ­вести измерения всех [xi]. При независимых [xi], но неселектив­ных датчиках, сигналы, на выходе которых будут содержать состав­ляющие от нескольких {xi}, встает задача выделения (автономизации) каждой измеряемой величины [хi]. Если же эле­менты множества Х = (х1, х2, ..., хп) между собой связаны, то необходимость решения задачи раздельного измерения величин не­очевидна.

Наиболее типичные примеры таких задач связаны с измерением массовых концентраций составляющих многокомпонентных жид­ких, газовых или твердых смесей (положим, концентраций кислот или щелочей) или с измерением параметров компонентов слож­ных электронных цепей без гальванического расчленения.

При известном составе многокомпонентного соединения можно решать задачу раздельного измерения компонентов с помощью разделения составляющих I{X = (x1, x2, ..., хп)/[x1], [x2], ..., [хп]} и последующего измерения автономизированных компонентов, либо путем одновременного анализа всего множества X = (x1, x2 , ..., хп).

Суть первого способа — раздельного измерения взаимосвязан­ных величин — заключается в организации воздействия на много­компонентное соединение в целях выделения и измерения нужного компонента. Для механических и химических соединений сущест­вуют методики и средства такого расчленения: масс-спектрометрия, хроматография, люминесцентный анализ, центрифугирование и др. Каждая из этих методик имеет свою теоретическую и аппа­ратурную базу.

В сложных электрических цепях (в том числе в микроэлектронном испол­нении) для раздельного измерения параметров компонентов этой цепи созда­ются режимы, с помощью которых происходит расчленение сложных цепей на простые.

Рис. 13.1. Схемы раздельного измерения Rx в соединениях треугольником (а), звездой (б) и комплексного сопротивления Rx, Сx (в)

На рис. 13.1,а представлена схема, позволяющая произвести измерение Rx, не разрывая треугольное соединение сопротивлений. При Ky = 1, uB = UC, RCB = ∞, ux = uпR0/(R0 + Rx)R0/ux. R= (uп ux)R0/ux.

Путем выравнивания токов Ix = I2 в ветви звезды с R1 и измерения напря­жения u0 = R0Ix на известном сопротивлении R0 можно получить uп1 IxRx IxRIxRx uu0[(Rx/R0) + 1] и Rx = (uп1 — u0)R0/u0 (рис. 13.1,б).

При использовании переходных режимов можно осуществить временное разделение сигналов, несущих информацию о составляющих комплексного сопротивления (рис. 13.1,в).

После подключения известного напряжения:

ux(t) = uпC0/(C0 + Cx) exp[-(R0 + Rx)t/(C0 + Cx) RxR0] + uпRx/(R0 + Rx){1-exp[-(R0 + Rx)t/(C0 + Cx) RxR0]}

При t = 0 ux(0) ≈ uпC0/(C0 + Cx), а при t = ∞ ux(∞) = uпR0/(R0 + Rx). При τ = 0,01 е-0,01 = 0,99, а при τ = 10 е-10 = 45*10-6.